金属表面化学热处理

第三节金属表面化学热处理
1、什么叫金属表面化学热处理？
表面热处理
是指仅对零部件表层加热、冷却，从而改变表层组织和性能而不改变成分的一种工艺，是最基本、应用最广泛的材料表面改性技术之一。

金属表面化学热处理是利用元素扩散性能，使合金元素渗入金属表层的一种热处理工艺。

2、工艺过程
首先将工件置于含有渗入元素的活性介质中加热到一定温度，使活性介质通过分解并释放出欲渗入元素的活性原子、活性原子被表面吸附并溶入表面、溶入表面的原子向金属表层扩散渗入形成一定厚度的扩散层，从而改变表层的成分、组织和性能。

3、化学热处理的基本过程
化学热处理包括三个基本过程，即①化学渗剂分解为活性原子或离子的分解过程；②活性原子或离子被钢件表面吸收和固溶的吸收过程；③被渗元素原子不断向内部扩散的扩散过程。

4、金属表面化学热处理的特点？
和表面淬火不同，化学热处理后的工件表面不仅有组织的变化，而且也有化学成分的变化。

5、金属表面化学热处理的目的？
一、提高金属表面的强度、硬度和耐磨性。

如渗氮、渗硼等. 渗氮硬度可达
950HV~~1200HV,渗硼硬度可达1400HV~~2000HV.常用的硬度单位有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度等.
什么叫渗氮？
渗氮，就是把工件置于含有氮原子的介质中加热到一定温度，保温一段时间后，在工件表面形成一层坚硬的渗氮层。

说白了就是在一定温度下一定介质中使氮原子渗入工件表层。

二、提高材料疲劳强度。

如渗氮、渗硼、渗铬。

三、使金属表面具有良好的抗粘着、抗咬合的能力和降低摩擦系数。

如渗硫等。

四、提高金属表面的耐蚀性。

如渗氮、渗铝等。

5、金属表面化学热处理的性能？
化学热处理后的钢件表面可以获得比表面淬火所具有的更高的硬度、耐磨性和疲劳强度；心部在具有塑性和韧性的同时，还可获得较高的强度。

6、化学热处理的种类
i.固体法。

（粉末填充法、膏剂涂覆法、电热旋流法、覆盖层扩散法）
ii.液体法（包括盐浴法、电解盐浴法、水溶液电解法等）
iii.气体法（固体气体法、间接气体法、流动粒子炉法）
iv.等离子法。

7、渗硼
什么叫渗硼？渗硼的原理
在高温下，供硼剂硼砂与介质中SiC发生反应。

渗硼层的的性能
一、渗硼层的硬度很高。

二、在盐酸、硫酸、磷酸和碱中具有良好的耐蚀性，但不耐硝酸。

三、热硬性高，在800摄氏度时仍能保持高的硬度。

四、在600摄氏度以下抗氧化性能较好。

渗硼的方法
一、固体渗硼
固体渗硼是将工件置于含硼的粉末或膏剂中，装箱密封，放入加热炉中加热到950摄氏度~~~1050摄氏度保温一定时间后，工件表面获得一定厚度的渗
硼层方法。

优点：设备简单，操作方便，适应性强。

缺点：劳动强度大，成本高.
欧美国家多采用固体渗硼。

二、气体渗硼
与固体渗硼的区别是供硼剂为气体。

气体渗硼需用易爆的乙硼烷或者有毒的氯化硼，故没有用于工业生产。

三、液体渗硼。

应用广泛。

四、等离子渗硼。

没有应用工业生产。

渗硼应注意哪几点？
一、渗硼件应尽量减少加热次数并用缓冷。

二、渗硼温度高于钢的淬火温度时，渗硼后应降温到淬火温度后再进行淬火。

三、渗硼温度低于钢的淬火温度时，渗硼后应升温到淬火温度后再进行淬火。

四、淬火介质仍使用原淬火介质，但不宜用硝盐分级和等级处理。

五、渗硼粉中B4C含量对不同钢种的硼化物层中FeB相的影响不同。

渗硼的应用
各种模具，硬质合金、印刷机凸轮、离合器轴等等
8、渗碳
结构钢的渗碳
能使零件工件表面获得高的硬度、耐磨性、耐侵蚀磨损性、接触疲劳强度和弯曲疲劳强度，而心部具有一定强度、塑性、任性的性能。

常用的渗碳方法：
一、气体渗碳。

工业应用比较广泛。

液体渗碳。

固体渗碳（传统的渗碳方法，用
于单件生产）。

高合金钢的渗碳
9、表面氧化和着色处理
在水蒸气中对金属进行加热时，在金属表面将生成Fe3O4.处理温度约为550摄氏度左右。

通过水蒸气处理后，金属表面的摩擦系数将大为降低。

用硫化法和氧化法等可使铜及铜合金生成氧化亚铜或者氧化铜的黑色膜。

也可以通过其它手段生成其它颜色。

起到美化装饰作用。

10、电解化学热处理
什么叫电解化学热处理？
就是把工件或者零件置于盐浴中加热，利用电化学反应使液体中的原子渗入工件表层。

例如电解渗碳就是把低碳钢工件置于盐浴中加热，利用电化学反应使液体中的碳原子渗入工件表层。

电解渗硼、电解渗氮。

11、真空化学热处理
什么叫真空化学热处理？
真空化学热处理是在真空条件下加热工件，渗入金属或者非金属元素，从而改变材料表面化学成分、组织结构和性能的热处理方法。

真空化学热处理的物理和化学过程
一、活性介质在真空加热条件下，可防止氧化，分解、蒸发形成的活性分子活
性更强，数量更多
二、真空中，材料表面光亮无氧化，有利于活性原子的吸收
三、在真空条件下，由于表面吸收的活性原子的浓度高，与内层形成更大的浓
度差，有利于表层原子向内部扩散。

优点；工件不氧化，不脱碳，表面光亮，变形小，质量好；渗入速度快，生产效率高，节省能源；环境污染少，劳动条件好。

缺点：设备费用大，操作技术要求高。